Ni-Cr 橋絲式電火工品發火規律

周 慶，焦清介

(1.中國工程物理研究院化工材料研究所，四川綿陽 621900;2.北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081)

橋絲式電火工品是一種將電能轉換為藥劑發火能量的裝置。由于彈藥技術的發展，橋絲式電火工品在武器、航空航天、工程爆破等領域中的應用非常廣泛，關于它的研究報道也很多，但主要是藥劑對發火性能的影響［1-3］，發火模型的建立與求解［4-6］，發火過程的檢測與模擬［7-8］等，但是關于橋絲直徑、基體材料和放電電壓對橋絲式電火工品發火特性的影響的研究卻鮮有報道。本文正是基于這種情況，研究了9、12、16、20 和25 μm 五種橋絲直徑，塑料和玻璃兩種基體，共10 種不同的換能元與發火藥劑斯蒂芬酸鉛(LTNR)組成的橋絲式電火工品的發火特性及其影響因素。

1 實驗步驟

實驗選取了塑料和玻璃2 種基體的橋絲換能元，每種換能元都選取了9、12、16、20 和25 μm 5 種不同直徑的Ni-Cr橋絲，點火藥為15 mg 的LTNR，裝藥方式采用的是壓裝，壓藥壓力為15 MPa，實驗方法采用的是Neyer’s［9］D -最優化法，為了測出發火件的臨界發火電壓，選取每組實驗樣本量為15，對10 種不同的發火件共進行了10 組實驗。實驗所用儀器主要包括ALG-CM 儲能放電

起爆儀、信號采集設備(TEK TDS7104 示波器、TCPA300放大器、TCP312 電流探頭，電壓探頭、47 μF 鉭電容等，測試裝置圖如圖1 所示。實驗時首先將發火件2 接入電路，然后閉合開關a，接通充電回路，對鉭電容1 進行充電。當充到所需要的電壓值時斷開開關a，閉合開關b，接通放電電路，對橋絲發火件2 進行放電，同時示波器5 記錄電路中的電流和橋絲發火件2 兩端的電壓。本實驗把看到火花和聽到輕微的“啪”的一聲作為發火條件的一個判據。另外在示波器上觀察到電流變為“0”，電壓不再發生變化看作是橋絲發火件發火的另一個判據。第一個發火件作用完成后，斷開開關b，換另一發樣品，以此類推，直至完成D-最優化法的試驗量。

圖1 實驗裝置原理

2 結果與討論

2.1 臨界發火電壓

用D-最優化法測試的10 組發火件的臨界發火電壓的結果如表1。

表1 Ni-Cr 橋絲/LTNR 發火件的臨界發火電壓的實驗值

從表1 中可以看出，發火件的臨界發火電壓隨橋絲直徑的增大而增大，隨橋絲電阻的減小而增大。對于同種直徑的發火件，玻璃基體發火件的臨界發火電壓要比塑料基體的臨界發火電壓小，原因有兩個方面:一是由于玻璃基體發火件的橋絲長度稍短，質量也就相對小些;二是由于玻璃的散熱系數要比塑料的小，所以發火件發火所需要的能量也就較少，臨界發火電壓也就較低。

2.2 放電電壓對發火特性的影響

實驗過程中，不同放電電壓對塑料基體橋絲發火件的影響不盡相同，如圖2 所示。對于12 μm 塑料基體的橋絲發火件而言，低電壓激勵時，橋絲電阻緩慢上升直至橋絲爆發變為無窮大，如圖2(a)所示。在這個過程中雖然電壓曲線有二次峰值，但是電流為零，也就是說這個過程中并沒有等離子體的產生。而在高電壓激勵時，電流曲線上有個小鼓包，而電阻則由于電熱作用，先緩慢升高，然后忽然降低到一個較小值，最后變為無窮大，如圖2(b)、2(c)所示。這是由于在這個過程中產生了等離子體，使得橋絲爆發后電路仍能暫時導通，故電流會有一個二次峰值，隨著等離子體的擴散，電流逐漸變為零，電阻變為無窮大。這個過程非常短暫，因為橋絲的質量非常小，產生的等離子體很少。

圖2 不同電壓下不同直徑和基體的橋絲發火件的發火特性曲線

2.3 不同橋絲直徑對發火特性的影響

橋絲直徑對橋絲發火件的發火特性的影響，如圖3 所示。對比圖2(b)、3(a)、3(b)、3(c)、3(d)發現只有12 μm和16 μm 的橋絲發火件在20V 的放電電壓下有等離子體的產生［10］，而其他3 種直徑的卻沒有等離子體的產生。當激勵電壓繼續升高至35 V 時，從發火過程中的V-I-R 曲線上看，9 μm、20 μm 和25 μm 的橋絲發火件仍然沒有等離子體的產生。為了證明放電過程中是否真的沒有等離子體的產生，可以采用其他的實驗方法來檢測，但是由于橋絲質量非常小，產生的火花很小，檢測比較困難，目前還沒有找到合適的檢測方法。

2.4 不同基體對發火特性的影響

為了研究不同基體對橋絲發火件的發火特性是否會有影響，本文選取了玻璃基體的橋絲發火件與上述的塑料基體的橋絲發火件進行對比，如圖4 所示。

圖3 不同直徑的塑料塞橋絲發火件的發火特性曲線

圖4 玻璃基體的橋絲發火件的發火特性曲線

從圖4 中5 種不同橋絲直徑的玻璃基體發火件的V-I-R曲線可以看出，16 μm 和25 μm 的橋絲發火件在放電過程中產生了等離子體，而V、I、R 的變化趨勢與塑料基體的橋絲發火件基本是一致的。這說明基體的不同對發火件的發火特性基本沒有影響。

3 結論

由前述的分析可知，Ni-Cr 橋絲式電火工品的發火規律主要可以歸結為如下: 發火件的臨界發火電壓隨橋絲直徑的增大而增大，隨橋絲電阻的減小而增大; 當激勵電壓較高時，橋絲發火件在發火過程中會產生等離子體; 不同基體(塑料和玻璃)對發火件的發火特性沒有影響。

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